tbm刀盘系统的参数化建模与强度分析

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1、分类号：U455.3+1密级：UDC：624编号：15-080100-14M河北工业大学硕士学位论文TBM刀盘系统的参数化建模与强度分析论文作者：潘伶伶学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：力学指导教师：焦永树职称：教授资助基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（2013CB035402）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicsPARAMETRICMODELINGANDSTRENGTHANALYSISO

2、FTBMCUTTER-HEADbyPanLinglingSupervisor:Prof.JiaoYongshuMay2015ThisworksupportedbytheNationalProgramonKeyBasicResearchProjectofChina.No.2013CB035402.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做

3、出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕

4、士学位论文摘要作为隧道开挖的专用机械，TBM在隧道工程中被广泛应用。国内外学者对TBM的力学性能和结构设计都进行了大量研究，而有限元分析在这些研究中常作为重要的辅助手段。对于像TBM刀盘这类极为复杂的结构，有限元模型的构建往往要花费大量时间和精力。为此，本文采用ANSYS提供的APDL与VC++可视化编程技术相结合，开发了一套TBM刀盘有限元参数化建模与分析系统。首先，在不改变刀盘结构形态和特征尺寸的前提下，对细小和次要结构进行了合理简化，设置了能够反映刀盘系统结构特征和尺寸的61个可变参数。基于APDL开发了TBM刀盘系统

5、有限元参数化建模程序，并指出了建模过程中应该注意的几个技术问题。其次，在编制刀盘建模APDL程序的基础上，开发了友好的人机交互界面，实现了VC++与ANSYS之间的数据传递，解决了输入几何参数的合理性甄别问题，建立了一套可视性良好的TBM刀盘有限元参数化建模与分析系统。通过对某型号直径4米TBM刀盘有限元模型的构建，验证了该系统良好的实用性、可靠性和便利性。最后，对该系统创建的刀盘模型在正常工作、极限承载及偏载工况下的强度进行了分析，得到了相应工况下刀盘的应力分布及变形情况。对比了所有计算工况下刀盘的倾覆力矩，结果表明，当所

6、有滚刀均承载时，倾覆力矩与滚刀承力大小无直接关联；偏载越严重，刀盘倾覆力矩越大；刀盘下端承受偏载比其他部位承受偏载时更危险。这些信息对于改进刀盘设计具有一定参考价值。本文开发的TBM刀盘有限元参数化建模与分析系统，可在一定程度上解决TBM刀盘有限元模型构建重复、耗时、费力的难题，减轻TBM刀盘系统有限元分析的前期工作量，缩短结构分析和设计周期。关键词：TBM刀盘；参数化建模；APDL；有限元；VC++I河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTAsaspecialtunnelingmachine,TBM(TunnelBorin

7、gMachine)iswidelyusedintunnelprojects.AlargenumberofstudiesonthemechanicalpropertiesandstructuraldesignofTBMhavebeencarriedoutbydomesticandforeignscholars.Finiteelementanalysisisoftenusedasanimportantassistantmeaninthesestudies.However,establishmentofaFEM(finiteele

8、mentmethod)modelofanextremelycomplicatedstructurelikeTBMcutter-headisoftenatime-consumingwork.Inthisstudy,afiniteelementparametricmodelingandanal